無取向性電磁鋼板和無取向性電磁鋼板的製造方法與流程

2023-05-10 16:17:57

本發明涉及無取向性電磁鋼板及其製造方法。

背景技術：

無取向性電磁鋼板是在電氣設備的鐵芯材料中使用的材料，電磁鋼板的低鐵損化對電氣設備的高效率化有效。而且，si、al、mn等比電阻大的元素的添加對鐵損的減少有效，其中al雖然比電阻的上升大，但是強度上升小，是適合兼得鐵損減少和衝裁性改善的元素。

然而，添加al的鋼存在循環性差這樣的課題。即，如果將添加al的鋼作為廢料進行處理，則電爐的電極劣化，因此存在產品的循環性受損這樣的課題。

因此，為了改善循環性，優選減少鋼板中的al，期望即使al含量低也具有優異的磁特性的電磁鋼板。

針對該問題，例如，專利文獻1中，提出了通過在低al鋼中控制cu硫化物而得到優異的磁特性的技術。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004－277760號公報

技術實現要素：

當前，無取向性電磁鋼板所要求的低鐵損化的要求越來越嚴格。而且，為了應對該低鐵損化的要求，期望在900℃以上的高溫下的最終退火。這是由於如果在900℃以上的高溫下進行最終退火，則鋼板內的晶體粒徑粗大化而阻礙疇壁移動的晶粒間界減少，鐵損降低。

針對此點，專利文獻1中提出的技術由於主要著眼於改善較低溫度的最終退火、去應力退火中的粒子生長，所以在採用900℃以上的高溫下的最終退火時，不能期望充分的磁特性的改善效果。

本發明的目的在於有利地解決上述的問題，提供即便意欲使低al鋼低鐵損化而對其進行高溫的最終退火的情況下，也能夠實現低鐵損化的磁特性優異的無取向性電磁鋼板及其製造方法。

以下，對提出本發明的理由進行說明。

將以質量％計含有c：0.003％以下、si：1.9％、mn：0.5％、sol.al：0.001％以下、p：0.02％以下、n：0.005％以下和o：0.005％以下作為基本元素，且以0.01～0.10％的範圍含有cu、以0.0001～0.005％的範圍含有s、以0.0001～0.002％的範圍含有se的鋼在實驗室進行真空熔化而製作鑄錠，對其進行熱軋和冷軋，製成0.5mm厚，使100～700℃的升溫速度為80℃/s，實施在970℃下保持10s的最終退火，製成產品板(無取向性電磁鋼板)。

將得到的產品板的磁特性示於圖1和2。應予說明，圖中的％表示是質量％。

這裡，如果鋼板組織中存在微細的cu硫化物、cu硒化物，則在最終退火時等熱處理時，產生釘扎效應。而且，如果產生釘扎效應，則會妨礙最終退火時的二次再結晶晶粒的粒生長，會妨礙改善鋼板的鐵損。

如圖1、2所示，在cu量低於0.02質量％的區域，未確認s和se的含有的明確的影響。認為這是由於即便在鋼中存在微細的cu硫化物、cu硒化物，在高溫下實施最終退火時，微細的cu硫化物、cu硒化物也固溶而消失，因此沒有釘扎效應的影響。

另一方面，在cu量為0.02質量％以上的區域，通過減少s和se的含量而確認大的鐵損改善效果。

一般而言，cu的含量高時，cu硫化物、cu硒化物的生成量增大，因此即便實施高溫退火，也難以使cu硫化物、cu硒化物完全固溶，微細的cu硫化物、cu硒化物殘留在鋼板中。認為如果這樣的微細的cu硫化物、cu硒化物殘留，則產生釘扎效應，妨礙二次再結晶晶粒的有效的粒生長，因此鋼板的鐵損劣化。因此，認為在這種情況下，通過減少s和se的含量，使鋼中不存在微細的cu硫化物、cu硒化物，減少釘軋力，其結果，鐵損得到改善。特別是，在s+se量為0.0010質量％以下的情況下，其改善效果顯著。

另外，在cu為0.02質量％以上的區域，減少s和se時，確認磁通密度(b50)的提高。該理由尚不明確，但推斷是由於通過減少s和se，使晶界內的s和se減少，cu可能偏析的部位增加，促進cu的晶界偏析，由此改善了鋼板的再結晶集合組織。

本發明人等對以上的見解進一步進行了研究，從而完成了本發明。

即，本發明的主旨構成如下。

1.一種無取向性電磁鋼板，以質量％計含有c：0.005％以下、si：1.0～4.5％、mn：0.02～2.0％、sol.al：0.001％以下、p：0.2％以下、s+se：0.0010％以下、n：0.005％以下、o：0.005％以下和cu：0.02～0.30％，剩餘部分由fe和不可避免的雜質構成。

2.根據上述1所述的無取向性電磁鋼板，其中，上述鋼板以質量％計進一步含有合計0.01～0.20％的選自sn、sb中的1種或2種。

3.根據上述1或2所述的無取向性電磁鋼板，其中，上述鋼板以質量％計進一步含有合計0.0001～0.01％的選自ca、rem和mg中的1種或2種以上。

4.一種無取向性電磁鋼板的製造方法，由如下一系列的工序構成，上述工序是對鋼坯進行熱軋，接下來，對經過熱軋的熱軋板實施或者不實施熱軋板退火，通過1次的冷軋或夾著中間退火的2次以上的冷軋而製成目標的板厚，接下來，進行最終退火，上述鋼坯以質量％計含有c：0.005％以下、si：1.0～4.5％、mn：0.02～2.0％、sol.al：0.001％以下、p：0.2％以下、s+se：0.0010％以下、n：0.005％以下、o：0.005％以下和cu：0.02～0.30％，剩餘部分由fe和不可避免的雜質構成，

使上述最終退火的升溫過程中的在100～700℃的溫度區域的升溫速度為40℃/s以上，且使最終退火溫度為900～1100℃的範圍。

5.根據上述3所述的無取向性電磁鋼板的製造方法，其中，上述鋼坯以質量％計進一步含有合計0.01～0.20％的選自sn、sb中的1種或2種。

6.根據上述4或5所述的無取向性電磁鋼板的製造方法，其中，上述鋼坯以質量％計進一步含有合計0.0001～0.01％的選自ca、rem和mg中的1種或2種以上。

根據本發明，可得到即便對降低了al的體系採用高溫退火也可得到優異的磁特性的無取向性電磁鋼板。

附圖說明

圖1是表示s和se的含量與產品板的磁特性(鐵損)的關係的圖。

圖2是表示s和se的含量與產品板的磁特性(磁通密度)的關係的圖。

具體實施方式

以下，對本發明進行具體說明。

首先，對本發明的鋼成分的限定理由進行說明。

應予說明，以下，與鋼成分有關的「％」表示在沒有特殊說明的情況下是指質量％。

c：0.005％以下

c作為碳化物析出使鐵損劣化，因此需要儘量減少。從抑制鋼板的磁時效的觀點考慮，c含量設為0.005％以下。下限的含量沒有特別規定，從抑制脫碳成本的觀點考慮，c含量優選為0.0001％以上。

si：1.0～4.5％

si是提高鋼的比電阻的元素，含量越高，則鐵損越少。為了得到充分的鐵損減少效果，需要含有1.0％以上的si。另一方面，如果si含量超過4.5％，則磁通密度的降低、硬度的上升成為問題。因此，si含量設為1.0～4.5％。從鐵損、磁通密度、衝裁性的平衡考慮，si含量的更優選的範圍為1.5～3.0％。

mn：0.02～2.0％

mn是抑制鋼的熱脆性的元素，也是提高鋼的比電阻的元素。為了得到該效果，需要添加0.02％以上。另一方面，如果mn含量超過2.0％，則碳化物析出，反而鐵損變差。因此，mn含量為0.02～2.0％。更優選的範圍為0.15～0.8％。

sol.al：0.001％以下

sol.al(酸可溶性al)形成微細的aln而成為鐵損劣化的原因，因此需為0.001％以下。更優選為0.0005％以下。應予說明，下限值沒有特別規定，工業上sol.al量優選為0.00001％左右。

p：0.2％以下

p是使鋼的硬度增加的元素，可用於調整產品的硬度。然而，如果添加超過0.2％的p，則鋼脆化，在冷軋中容易產生裂紋。由此，p量限制在0.2％以下。更優選為0.1％以下。應予說明，下限值沒有特別規定，工業上p量優選為0.0001％左右。

s+se：0.0010％以下

s和se是形成微細的硫化物、硒化物而使鐵損劣化的元素。本發明中，由於含有cu，所以其影響特別大，為了減少鐵損，必須將s+se減少至0.0010％以下。更優選為0.0005％以下。另外，通過將s和se控制在該範圍，能夠高效率地得到因含有cu而產生的磁通密度提高效果。

應予說明，s和se優選分別減少至0.0005％以下、0.0001％以下。另外，s+se量的下限值沒有特別規定，工業上為0.00001％左右。

n：0.005％以下

n形成微細氮化物而成為鐵損劣化的原因，因此需為0.005％以下。更優選為0.003％以下。應予說明，下限值沒有特別規定，工業上，n量為0.0001％左右。

o：0.005％以下

o使氧化物增加而成為鐵損劣化的原因，因此需為0.005％以下。更優選為0.003％以下。應予說明，下限值沒有特別規定，工業上，o量為0.0001％左右。

cu：0.02～0.30％

cu是雜質元素(trampelements)的一種，是隨著鐵的循環而含量增加的元素。本發明中，積極地活用該cu。cu生成微細的硫化物、硒化物而成為鐵損劣化的原因，但相反也有改善再結晶集合組織而改善鐵損的效果。為了得到減少鐵損的效果，需要含有0.02％以上的cu。另一方面，如果含有超過0.30％的cu，則成為表面瑕疵的原因。因此，cu含量為0.02～0.30％。更優選的範圍為0.05～0.10％。

合計0.01～0.20％的選自sn、sb中的1種或2種

sn、sb具有改善再結晶集合組織而提高鋼的磁通密度的效果。

但是，選自sn、sb中的1種或2種低於0.01％時，添加效果弱。另一方面，如果超過0.20％，則添加效果飽和。因此，從sn、sb中選擇的1種或2種優選以合計0.01～0.20％的範圍添加。

合計0.0001～0.01％的選自ca、rem和mg中的1種或2種以上

ca、rem和mg是形成穩定的硫化物、硒化物的元素，通過添加到本發明的鋼中，能夠得到更優異的鐵損特性。

但是，選自ca、rem和mg中的1種或2種以上低於0.0001％時，添加效果弱。另一方面，如果超過0.01％，則鐵損反而增加。因此，從ca、rem和mg中選擇的1種或2種以上優選以合計0.0001～0.01％的範圍添加。

本發明中，微細的cu硫化物、cu硒化物越少越好。即，直徑為10～200nm的cu硫化物、cu硒化物的個數密度合計優選為10個/μm2以下。

本發明中的微細的cu硫化物、cu硒化物的個數密度可以通過對試樣的板厚中心層進行電解，用tem(透射電子顯微鏡)觀察其復型(replica)，通過edx(能量色散型x射線光譜法)對析出物進行分析來測定。本發明中，復型製作過程的電解工序中使用的總電荷因將fe變成fe2+而被消耗，且電解工序中得到的全部殘渣(析出物)被復型捕捉，計算上述析出物的個數密度。

應予說明，關於直徑200nm以上的析出物，由於對磁特性沒有造成大的影響，所以可以不測定。另外，關於直徑10nm以下的析出物，難以利用edx分析，此外，在本發明的範圍中個數少而對磁特性的影響小，因此可以不測定。

接下來，對基於本發明的製造方法進行敘述。應予說明，以下規定以外的無取向性電磁鋼板的製造條件等可以採用公知的無取向性電磁鋼板的製造方法。

可以利用通常的鑄錠－開坯法、連續鑄造法由調整成上述的優選成分組成的鋼液製造板坯，可以用直接鑄造法製造100mm以下的厚度的薄鑄片。接下來，用通常的方法將板坯加熱而供於熱軋，製成熱軋板，但也可以在鑄造後，不加熱而立即供於熱軋。熱軋後，對熱軋板實施在700～900℃的溫度區域保持10min～10h或者在900～1100℃的溫度區域保持1s～5min的熱處理(熱軋板退火)，由此能夠得到更高的磁特性。應予說明，本發明中，從減少成本的觀點考慮，可以省略該熱處理。

其後，對上述熱軋板實施酸洗後，實施1次或者夾著中間退火的2次以上的冷軋而加工成最終板厚，接下來實施最終退火而製成鋼板。從改善鐵損的觀點考慮，最終退火在900℃以上的高溫下實施。這是由於如果在900℃以上實施最終退火，則晶體粒徑粗大化而阻礙疇壁移動的晶粒間界減少，對減少鐵損有利。另一方面，如果退火溫度超過1100℃，則產生結瘤(pickup)等問題。因此，最終退火溫度設為900～1100℃的範圍。

另外，本發明中，通過使最終退火的升溫過程中的100～700℃的溫度區域的升溫速度為40℃/s以上，能夠得到優異的鐵損減少效果。

可得到該鐵損減少效果的理由尚不明確，但考慮如下。

即，認為如果最終退火的升溫過程中的上述溫度區域的升溫速度低，則鋼中的{111}取向的晶粒的再結晶優先進行，因此對本發明中想要的磁特性有利的{100}和{110}取向的晶體減少。該趨勢特別是在鋼中的{111}取向的晶粒變強的條件下，例如不進行熱軋板退火的情況、冷軋壓下率高的情況下顯著。應予說明，在100～700℃的溫度區域的升溫速度優選為100℃/s以上。

另一方面，上述升溫速度的上限沒有特別規定，但是從抑制對ih、通電加熱等的加熱設備的投資的觀點考慮，優選為500℃/s以下。

最終退火之後，根據需要對上述鋼板實施絕緣塗布而製成作為產品板的無取向性電磁鋼板。本發明中，絕緣塗布可以採用公知的方法，可以根據目的區分使用無機塗布、有機塗布、無機－有機混合塗布等。

實施例

在1120℃將含有表1所示的成分的鋼坯加熱20分鐘後，進行熱軋而製成熱軋板之後，對該熱軋板進行或者不進行熱軋板退火，進行冷軋，加工成板厚：0.35mm的冷軋板。對得到的冷軋板在h2(vol％):n2(vol％)＝20:80、露點：-40℃的氣氛中，進行溫度：950℃、保持時間：10s的最終退火之後，實施絕緣塗布處理而製成產品板。

應予說明，熱軋板退火條件和最終退火的升溫過程中的在100～700℃的溫度區域的升溫速度在表1中記載。另外，從得到的產品板採集280mm×30mm的試件，按照jisc2550-1：2011中規定的愛潑斯坦試驗法(epsteintestmethod)進行磁測定。

將磁測定的測定結果一併記入表1。

此外，用已敘述的方法測定cu硫化物和cu硒化物的直徑，將其個數密度記載在表1中。應予說明，表中，cu硫化物的個數密度是直徑10～200nm的cu硫化物的每1μm2的個數密度，cu硒化物的個數密度是直徑10～200nm的cu硒化物的每1μm2的個數密度。

表1

如表1所見，滿足本發明的要件的產品板均可得到即便對減少了al的體系採用高溫退火也具有優異的磁特性的無取向性電磁鋼板。